王 鑫 叢龍海 喬 禎

(中國石油大連石化公司)

空分車間二壓站6#機控制系統(tǒng)升級改造

王 鑫 叢龍海 喬 禎

(中國石油大連石化公司)

根據(jù)空分車間二壓站6#機的隨機資料和控制原理圖，通過自主設計和編程，整合機組IO點數(shù)，利用PLC進行控制，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。

喘振控制 恒壓控制 機組狀態(tài)

中國石油大連石化公司空分車間二壓站6#機原為美國某公司生產(chǎn)的離心式壓縮機，于1996年投用，出口能力可達0.79MPa，正常工況18 000m3/h，轉速最高28 994r/min，主要保證全廠管網(wǎng)風壓正常。原機組由就地操作盤和單板機進行控制，目前已使用20年，電子元器件部分老化嚴重，同時由于其操作記錄、歷史記錄和事件記錄功能不完善，因此公司決定對它進行升級改造。根據(jù)隨機資料和控制原理圖，通過自主化設計、編程，實現(xiàn)機組的安全平穩(wěn)運行。本項目配置了美國AB公司的PLC控制器，通過觸摸屏人機接口實現(xiàn)了機組狀態(tài)信號的監(jiān)視和控制。

1 機組現(xiàn)狀

離心式壓縮機的工作原理是氣體進入離心式壓縮機的葉輪后，在葉輪葉片的作用下，既隨著葉輪做高速旋轉，又在旋轉離心力的作用下向葉輪出口流動，并受到葉輪的擴壓作用，其壓力能和動能均得到提高，氣體進入擴壓器后，動能又進一步轉化為壓力能，氣體再通過彎道、回流器流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氣體壓力達到工藝所需的要求。

現(xiàn)有機組設置了就地儀表盤啟動，機組本身主要有3個電機定子溫度、兩個電機軸承溫度、兩個潤滑油溫度、1個潤滑油壓力、3個排氣壓力、4個振動、4個位移和1個電機電流模擬量信號顯示。對電機狀態(tài)、油泵、入口導葉和放空閥的控制，保證了機組的安全平穩(wěn)運行。

2 機組控制設計

機組控制設計主要包括恒壓控制、喘振控制、油泵控制、機組的加卸載控制和機組的停機控制。

2.1 恒壓控制

空壓機恒壓控制系統(tǒng)由機組的4級出口壓力、電機電流來實現(xiàn)對機組的入口導葉和放空閥的控制，以保證下游裝置用風壓力穩(wěn)定。通過常規(guī)的PID調節(jié)入口導葉和放空閥，保證4級出口壓力穩(wěn)定。

入口導葉和放空閥不同時在PID自動模式，以電機電流低值CLL為分界點，電機電流體現(xiàn)出入口流量的變化，當電機電流值不小于CLL值時放空閥全關，自動調節(jié)入口導葉。當電機電流值小于CLL值時，入口導葉保持當前開度(發(fā)生CLL時)不變，自動調節(jié)放空閥，直到電流不小于CLL值。當電機電流值不小于CLH值(電機電流高值)時, 入口導葉開度不再增大；當電機電流不小于CLHH值(電機電流高高值) 時，入口導葉將以一定速率關閉，轉入PID手動模式，直到電流小于 CLHH值。

2.2 喘振控制

喘振是當壓縮機組的流量降到低于最小值時出現(xiàn)的一種突然逆流的現(xiàn)象。在喘振區(qū)域運行將會導致機組損壞。喘振控制器通過保持壓縮機的流量在最小流量即喘振流量以上來防止出現(xiàn)喘振，最小流量是靠調節(jié)壓縮機出口控制閥將氣體循環(huán)回壓縮機入口來實現(xiàn)的。對于離心式和軸流式壓縮機，當入口吸入氣體流量不能保持正常流量、維持正常壓力時，會導致壓縮機排出管中壓力比內部壓力高，氣體發(fā)生瞬間倒流，發(fā)生喘振。當喘振發(fā)生時，氣體的倒流又使得排出管件氣體壓力降低，內部壓力升高，這樣氣體流量又恢復。等到出口壓力升高達到喘振點時，下一喘振循環(huán)開始，直到有外部作用打破這種循環(huán)，否則喘振會一直持續(xù)下去。在壓縮機的喘振過程中，壓縮機的入口流量和出口壓力會周期性地波動，造成壓縮機入口和出口的溫度急劇升高，機體振動增大，出口壓力波動，使生產(chǎn)造成波動，嚴重時會損壞壓縮機本體，使整個生產(chǎn)裝置停工。

2.3 油泵控制

機組設置一臺輔油泵，在開啟主電機前，通過觸摸屏手動啟動輔油泵，當油壓大于124kPa時，允許啟動主電機；主電機運行后，油壓大于170kPa且持續(xù)超過30s，油泵自動停止；主電機停止后油泵自動啟動，主電機停止狀態(tài)的判斷根據(jù)兩個條件：電氣主電機控制觸點反饋和主電機電流小于5A，兩個條件滿足一個即啟動油泵。

3 改造重點

3.1 電機電流

電氣專業(yè)來的電流互感器信號為0～5A，實際電流為0～300A，通過增加電流變送器，將0～5A的信號轉換成4～20mA標準信號，4mA對應電機電流為0A，20mA對應電機電流為300A。

3.2 記錄功能

控制系統(tǒng)中完善了報警功能、事件記錄功能和趨式記錄功能。所有操作均需要二次確認，可以記錄首次停機原因并將停機時的畫面凍結，即停機時記錄第一停機原因并將畫面的值保持在停機時的數(shù)值。開機條件和停機條件均單獨設置監(jiān)控畫面，開機條件只有顯示綠色才允許啟動壓縮機。參數(shù)設定畫面可以查看各個報警、停機等設定值，并可通過按數(shù)值所在位置修改這些參數(shù)。設置了不同用戶級別，只有具備工程師級別的用戶才可以修改相關參數(shù)。

3.3 機柜配線

機組就地控制柜內的電源由電氣專業(yè)提供，為380V(AC)電源，柜內配置了變壓器，將380V(AC)電源轉換成220V(AC)電源，同時設置24V(DC)電源，將220V(AC)電源轉換成24V(DC)電源供控制系統(tǒng)使用。油泵電加熱器等供電由380V(AC)電源完成。因此在機柜設置時考慮了不同級別電源線路的配置，通過設置不同的匯線槽，將不同種類的信號分開，避免不同電壓間的相互干擾。同時對現(xiàn)場信號采用了不同顏色的導線標識，以區(qū)分不同功能的信號，聯(lián)鎖信號采用紅色標識，控制信號采用黃色標識，顯示信號采用白色標識。

3.4 機組狀態(tài)

停機狀態(tài)：主電機停止后，入口導葉開度0%，放空閥開度100%。

卸載狀態(tài)：主電機啟動后，入口導葉在3s內逐漸由開度0%打開至15%，放空閥保持開度100%。

加載狀態(tài)：機組處于卸載狀態(tài)，通過觸摸屏切換至恒壓狀態(tài)的動態(tài)過程，入口導葉在5s內打開至100%，2s后，開始關閉放空閥，5s后放空閥開度0%。

恒壓控制狀態(tài)：加載過程結束后，系統(tǒng)根據(jù)CLL值分別調節(jié)入口導葉和放空閥開度以保持4級出口壓力恒定。

3.5 喘振監(jiān)測與控制

喘振監(jiān)測以4級出口壓力值的變化作為喘振發(fā)生的依據(jù)，控制系統(tǒng)在正常工況下根據(jù)電機電流進行防喘振控制，電流低于CLL值時通過調節(jié)放空閥放空部分出口氣體，使壓縮機流量增大，系統(tǒng)遠離喘振工作點，達到預防喘振的效果。在0.5s的時間內，壓力變化超過10psi(68.95kPa)即認為發(fā)生喘振1次。喘振發(fā)生后，系統(tǒng)自動卸載，將入口導葉關至15%，放空閥開至100%，系統(tǒng)卸載后5s自動加載至恒壓控制。在10min內發(fā)生1～3次喘振，都會在自動卸載后自動加載至恒壓控制，10min內發(fā)生第4次喘振，系統(tǒng)自動卸載后不再自動加載，直至操作員復位喘振次數(shù)和計時，以手動操作方式達到恒壓模式。

4 結束語

通過兩個月的設計、組態(tài)和工程集成后，用一周時間對控制部分進行了升級改造，完成了機組所有功能的測試。該機組運行正常，友好的人機界面給操作人員帶來了便捷，同時更換了原有的電子元器件，保證了機組的安全平穩(wěn)運行。

TH865

B

1000-3932(2017)07-0707-02

2017-02-15，

2017-03-20)

王鑫(1976-)，工程師，從事石油化工行業(yè)儀表專業(yè)管理工作。

聯(lián)系人叢龍海(1983-)，工程師，從事石油化工行業(yè)儀表專業(yè)管理工作，conglh_dl@petrochina.com.cn。